智能變壓器關(guān)鍵問題研究

1、Part 01 智能變壓器技術(shù)要求智能變壓器技術(shù)要求Part 02 集成在線監(jiān)測的智能變壓器方案集成在線監(jiān)測的智能變壓器方案Part 03 智能變壓器關(guān)鍵問題的研究智能變壓器關(guān)鍵問題的研究Part 01Part 01 智能變壓器的技術(shù)要求智能變壓器的技術(shù)要求 根據(jù)智能變壓器測量數(shù)字化、控制網(wǎng)絡(luò)化、狀態(tài)可視化、功能一體化、信息互動化的總體要求，智能變壓器要達(dá)到如下的技術(shù)要求。1）根據(jù)實時獲取的油箱頂部溫度、環(huán)境溫度、負(fù)荷電流評估繞組的熱點溫度和壽命損耗（IEC 60354，IEC 70076-7）、過載能力、緊急過負(fù)載時間。向冷卻器控制系統(tǒng)發(fā)出操作指令，并評估冷卻效率，超過設(shè)定參數(shù)，主動啟停相應(yīng)

2、設(shè)備，超過極限參數(shù)，主動發(fā)出信息或指令。2）根據(jù)設(shè)定的冷卻器控制方式（自動、手動），控制并監(jiān)視冷卻器的運行，制定冷卻器投切策略、優(yōu)化冷卻器投切。監(jiān)視冷卻器：a、每組風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)（工作、停止、故障）；b、電源狀態(tài)（正常、斷相、停電、故障）；根據(jù)冷卻效率提示是否清理。給出分類故障報警，緊急情況下主動發(fā)出指令。3）實時把氣體繼電器狀態(tài)（輕瓦斯、重瓦斯）、壓力釋放器狀態(tài)動作跳閘和壓力繼電器動作跳閘等作為最高優(yōu)先級，并發(fā)出信息。4）將實時監(jiān)測的油位、油箱內(nèi)油壓、油面溫度、鐵心接地電流等模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，作為狀態(tài)評估和故障分析的數(shù)據(jù)，或?qū)崟r監(jiān)測的數(shù)據(jù)上傳。5）監(jiān)測吸濕器的干燥狀態(tài)，并根據(jù)設(shè)定的判據(jù)，

3、啟停吸濕器干燥裝置。6）定時從油氣監(jiān)測裝置中獲取油氣分析數(shù)據(jù)和油中含水量數(shù)據(jù)，分析變壓器絕緣狀態(tài)，記錄其各種成分的變化趨勢，評估絕緣水平。關(guān)注異常數(shù)據(jù)，并按IEC 60599或GB/T 7252 或積累的經(jīng)驗推理，給出故障類型評估結(jié)果。對于超過預(yù)定變化速率的氣體，給出緊急故障評估類型報警，同時給出原始數(shù)據(jù)。智能變壓器的技術(shù)要求7）在油氣數(shù)據(jù)異常的情況下，結(jié)合負(fù)荷數(shù)據(jù)，綜合評估故障性質(zhì)。8）接受變壓器繞組熱點溫度監(jiān)測裝置數(shù)據(jù)，評估變壓器負(fù)荷狀態(tài)、壽命損耗、過負(fù)荷能力、并動態(tài)優(yōu)化冷卻方式。9）在線監(jiān)測變壓器高壓套管的末屏電流，介質(zhì)損耗和等效電容，可以實時反映套管的絕緣狀況變化和發(fā)展趨勢，為狀態(tài)檢修

4、提供可信賴的判據(jù)。10）用戶根據(jù)需要可隨時調(diào)出變壓器本體的各種性能參數(shù)和結(jié)構(gòu)特性數(shù)據(jù)和必要的圖形。11）專家系統(tǒng)應(yīng)按模塊化設(shè)計，應(yīng)有絕緣分析模型、有載調(diào)壓開關(guān)模型，微水油氣體分析模型、套管小電流監(jiān)測模型、過負(fù)載模型和冷卻模型等。智能變壓器的技術(shù)要求時間和成本浪費時間和成本浪費省錢并安全可靠省錢并安全可靠故障診斷與狀態(tài)診斷的效果差異故障診斷與狀態(tài)診斷的效果差異智能變壓器的技術(shù)要求傳統(tǒng)變壓器的實現(xiàn)方案，如圖所示：Part 02 集成在線監(jiān)測的智能變壓器方案集成在線監(jiān)測的智能變壓器方案 該方案是在變壓器本體上安裝有本體控制箱，將變壓器的常規(guī)監(jiān)測信號統(tǒng)一集中在本體控制箱，本體控制箱的智能控制單元主要控

5、制變壓器的冷卻器，同時將本體常規(guī)監(jiān)測轉(zhuǎn)化為光信號傳輸?shù)饺鄥R總箱，在線監(jiān)測綜合分析系統(tǒng)集成在三相匯總箱中，非電量保護(hù)接收重瓦斯、輕瓦斯、壓力釋放等本體信號，所有非電量保護(hù)跳閘均通過控制電纜引至主變各側(cè)斷路器直接跳閘，所有非電量保護(hù)跳閘均通過光纖上傳至系統(tǒng)層。由于CT信號對系統(tǒng)來說是一個相對重要的信號，電子式CT的合并器抗電磁干擾的能力較差，因此電子式CT的合并器直接組屏，放置在系統(tǒng)層，采用此種方案可靠性較高。同時三相匯總箱的尺寸和常規(guī)的三相匯總箱相差不大，易于布置 智能變壓器實現(xiàn)方案一集成在線監(jiān)測的智能變壓器方案集成在線監(jiān)測的智能變壓器方案集成在線監(jiān)測的智能變壓器方案三相總示意圖集成在線監(jiān)測的

6、智能變壓器方案智能單相變壓器實現(xiàn)方案二 方案是在變壓器本體上安裝有本體控制箱，將變壓器的常規(guī)監(jiān)測信號統(tǒng)一集中在本體控制箱，本體控制箱的智能控制單元主要控制變壓器的冷卻器，同時將本體常規(guī)監(jiān)測轉(zhuǎn)化為光信號傳輸?shù)饺鄥R總箱，在線監(jiān)測綜合分析系統(tǒng)集成在三相匯總箱中，非電量保護(hù)接收重瓦斯、輕瓦斯、壓力釋放等本體信號，所有非電量保護(hù)跳閘均通過控制電纜引至主變各側(cè)斷路器直接跳閘，所有非電量保護(hù)跳閘均通過光纖上傳至系統(tǒng)層。CT信號接入三相匯總箱，通過合并器和交換機(jī)將信號通過1根光纖輸出到系統(tǒng)層，該方案的集成度較高，但是，由于CT信號對系統(tǒng)來說是一個相對重要的信號，電子式CT的合并器抗電磁干擾的能力較差，因此，

7、采用此種方案可靠性不如第一種方案。同時三相匯總箱的尺寸將比較大。 集成在線監(jiān)測的智能變壓器方案集成在線監(jiān)測的智能變壓器方案三相總示意圖集成在線監(jiān)測的智能變壓器方案智能三相變壓器實現(xiàn)方案 三相變壓器相對來說，柜子就少多了，考慮到變壓器本體位置空間有限和智能控制柜工作的可靠性，控制柜需要就地放置，變壓器本體信號與就地控制柜通過電纜連接，通過變壓器智能單元，實現(xiàn)對冷卻器的智能控制和對各種信號的數(shù)字轉(zhuǎn)化，并通過光纖上傳。非電量保護(hù)接收重瓦斯、輕瓦斯、壓力釋放等本體信號，所有非電量保護(hù)跳閘均通過控制電纜引至主變各側(cè)斷路器直接跳閘，所有非電量保護(hù)跳閘均通過光纖上傳至系統(tǒng)層（為了可靠，采用冗余設(shè)計）。由于C

8、T信號對系統(tǒng)來說是一個相對重要的信號，電子式CT的合并器抗電磁干擾的能力較差，因此電子式CT的合并器直接組屏，放置在系統(tǒng)層，采用此種方案可靠性較高。同時考慮到就地控制箱中的集成的設(shè)備較多，如果將和方案二一樣，將導(dǎo)致控制外形尺寸很大，制造成本較大。 集成在線監(jiān)測的智能變壓器方案集成在線監(jiān)測的智能變壓器方案方案一方案二可靠性所有元器件間均采用電纜/光纜連接，不存在電磁干擾、交流串入直流引起裝置誤動可能所有元器件間均采用電纜/光纜連接，不存在電磁干擾、交流串入直流引起裝置誤動可能運行經(jīng)驗已有產(chǎn)品投入運行，具備部分功能集成智能組件柜內(nèi)設(shè)備均為成熟產(chǎn)品，已有運行經(jīng)驗維護(hù)方面較方便具備標(biāo)準(zhǔn)的物理結(jié)構(gòu)及接口

9、，方便維護(hù)和功能組件的更換控制電纜用量較少極少施工周期短很短技術(shù)問題要求各電力功能元件具備智能接口將各功能模塊除油色譜在線監(jiān)測裝置箱外整合至一個智能組件柜內(nèi)，在統(tǒng)一的平臺上實現(xiàn)邏輯關(guān)系不同的功能，對智能組件柜的兼容性要求較高。設(shè)備采購繁雜，多個元件需采購簡單，由變壓器生產(chǎn)商成套供應(yīng)現(xiàn)場調(diào)試工作量小工作量更小集成在線監(jiān)測的智能變壓器方案Part 03 智能變壓器關(guān)鍵問題的研究智能變壓器關(guān)鍵問題的研究主要包括以下幾個方面： （1）變壓器繞組光纖測溫技術(shù)應(yīng)用； （2）變壓器智能冷卻系統(tǒng)； （3）局放監(jiān)測技術(shù)； （4）氣體在線監(jiān)測分析； （5）套管小電流監(jiān)測； （6）監(jiān)測功能組主IED的研究； （7）

10、變壓器綜合故障的評估與分析。一. 變壓器繞組光纖測溫技術(shù)應(yīng)用 目前，繞組光纖測溫技術(shù)在工程中應(yīng)用的最高電壓等級為500kV變壓器，我集團(tuán)已經(jīng)與繞組光纖測溫的廠家進(jìn)行了溝通，請廠家做光纖在750kV電壓等級下的絕緣試驗，如果能夠通過試驗，則可以直接使用，如果不能通過試驗，則請廠家給出絕緣覆蓋的方案，保證在750kV變壓器中使用安全可靠。光纖測溫技術(shù)變壓器繞組光纖測溫的安裝（線圈墊塊） 光纖測溫技術(shù)變壓器繞組光纖測溫的安裝（線圈引出） 光纖測溫技術(shù)二. 變壓器智能冷卻系統(tǒng) 變壓器在運行時產(chǎn)生的損耗（空載+負(fù)載）都轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，并以多種方式向周圍散出。但因為變壓器運行時產(chǎn)生連續(xù)的熱量，且整體外表面面積

11、時有限的，所以就必須附加一些冷卻系統(tǒng)（熱交換器）。以達(dá)到盡快地將電力設(shè)備的溫度降低，保證設(shè)備的安全性。 通常所用的熱交換器分為三種：片式散熱器、強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻器、強(qiáng)迫油循環(huán)水冷卻器。1.片式散熱器變壓器智能冷卻系統(tǒng)油水系統(tǒng)中的組部件2.強(qiáng)迫油循環(huán)水冷卻器變壓器智能冷卻系統(tǒng)水冷卻器變壓器智能冷卻系統(tǒng)3.強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻器變壓器智能冷卻系統(tǒng) 冷卻系統(tǒng)最頻繁的故障模式就是泵和風(fēng)扇的故障。連續(xù)在線分析泵和風(fēng)扇的狀況，以決定它們是否在設(shè)定的狀態(tài)或關(guān)閉狀態(tài)。這可以通過測量流過泵和風(fēng)扇的電流及測量與其相關(guān)的控制冷卻系統(tǒng)的溫度來實現(xiàn)； 也可以通過測量泵和風(fēng)扇的電流和上層油溫來實現(xiàn)。運行方式依據(jù)電流水平來調(diào)整

12、。正常運行方式可以指示風(fēng)扇葉和泵葉輪的旋轉(zhuǎn)正確性，非正常運行方式通常是這些設(shè)備的控制線圈異常的結(jié)果。為了實現(xiàn)節(jié)能的同時也能控制噪聲污染，在智能冷卻系統(tǒng)中，我們對調(diào)速系統(tǒng)采用變頻調(diào)速技術(shù)從而控制變壓器在不同環(huán)境下的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。變壓器智能冷卻系統(tǒng)三. 局放監(jiān)測技術(shù) 當(dāng)變壓器（電抗器）或電抗器內(nèi)部的絕緣發(fā)生局部放電會產(chǎn)生電流脈沖，同時一定產(chǎn)生與之相對應(yīng)的超聲脈沖。利用電流脈沖與超聲脈沖在頻域、時域、相位、極性、幅值的相關(guān)特性，經(jīng)過一系列的軟硬件的處理、分析能將運行中變壓器（電抗器）內(nèi)部的500pC 以上的局部放電脈沖，從線路上強(qiáng)干擾的脈沖中分離出來，從而實現(xiàn)局部放電的在線監(jiān)測。 缺點：1.由于超聲波傳

13、輸?shù)亩嗦窂絾栴}導(dǎo)致定位粗糙，難以定量。2.由于超聲波傳感器通常頻帶為30200KHz，所以容易受環(huán)境噪聲，電磁干擾導(dǎo)致精度不夠。局放監(jiān)測技術(shù) 采用UHF方法進(jìn)行局放在線監(jiān)測，該方法原理和超聲波檢測法原理類似，通過天線傳感器接受局部放電過程輻射的UHF電磁波，實現(xiàn)局部放電檢測。優(yōu)點：檢測頻段較高頻帶寬，避開電磁干擾及環(huán)境干擾，靈敏度高。缺點：UHF在變壓器內(nèi)部的傳播、衰減、畸變特性上不明了；UHF速度快，定位不準(zhǔn)確。 采用超聲波和UHF相結(jié)合的方式進(jìn)行變壓器局放檢測，各取所長。 盡早監(jiān)測出電氣設(shè)備由于熱及電氣裂化的絕緣油所產(chǎn)生的各種氣體是判斷設(shè)備故障性質(zhì)的重要依據(jù)，同時在故障出現(xiàn)早期能夠快速地將

14、相關(guān)信息傳遞到控制中心，通過系統(tǒng)分析以便判別其性質(zhì)及類別這也是氣體在線裝置使用規(guī)模能逐步頻繁的原因 。 變壓器存在局部過熱或局部放電時，故障部位的絕緣油或固體絕緣物將會分解出小分子烴類氣體（如CH4、C2H6、C2H4、C2H2等）和其他氣體（如H2、CO等）。 四. 氣體在線監(jiān)測分析氣體在線監(jiān)測分析故障類型主要氣體成份次要氣體成份油過熱CH4;C2H4H2;C2H6油和紙過熱CH4;C2H4;CO;CO2H2;C2H6油紙中局放H2;CH4;C2H2;COC2H6; CO2油中火花放電C2H2; H2油中電弧放電C2H2; H2CH4;C2H4;C2H6油紙中電弧放電C2H2; H2;CO;

15、CO2CH4;C2H4;C2H6受潮或油有氣泡H2 上述每種氣體在油中的濃度和油中可燃?xì)怏w的總濃度（TCG）均可作為變壓器設(shè)備內(nèi)部故障診斷的指標(biāo)。 氣體在線監(jiān)測裝置的裝置方法主要分兩類： 1.可選擇性氣體的滲透法； 2.循環(huán)油（自然、強(qiáng)油）色（光）譜法。 氣體在線監(jiān)測分析 滲透法變壓器油中氣體在線檢測系統(tǒng)由油氣分離，氣體檢測，數(shù)據(jù)處理，判斷控制等環(huán)節(jié)組成。一般由外殼、油氣分離室、傳感器、滲透膜、主模塊、在線連接件、加熱板、通訊控制器等主要元件組成。缺點：1.氣體傳感器對所檢測各種氣體均敏感，準(zhǔn)確度不高。 2.由于脫氣速度慢，所以檢測周期長，不能理想的做到“即時在線”監(jiān)測任務(wù)。3.需要大量的系統(tǒng)

16、維護(hù)工作。 目前，最需要的是提高其事故報警的準(zhǔn)確度。 氣體在線監(jiān)測分析氣體在線監(jiān)測分析 油氣分離器通過連接件（法蘭或螺紋形式）安裝在設(shè)備油流動好的位置，使流動的油直接接觸滲透膜，溶解在油中的故障特征氣體經(jīng)過滲透膜實現(xiàn)油氣分離后，進(jìn)入氣室作用在氣敏傳感器，傳感器將氣室內(nèi)氣體濃度值轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過放大傳遞到主模塊上得到數(shù)據(jù)信號。 該類設(shè)備一般只能檢測出四種以下混合氣體，如對微水檢查有要求可增加元件實現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測，每臺變壓器都必須在油循環(huán)好的地方安裝一臺傳感器； 通訊控制器可根據(jù)樣本1臺選一個或4臺選一個，安裝位置在變壓器現(xiàn)場。氣體在線監(jiān)測分析色譜法變壓器油中氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)，主要由：色譜數(shù)據(jù)采集器

17、（包括氣體集氣和數(shù)據(jù)采集員） 、數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、高純合成空氣載氣瓶及不銹鋼管路及法蘭組成。 該類型在線監(jiān)測裝置可分別測出6種氣體各含量及增長率?？稍黾游⑺疁y量功能，間斷式測量方式。 氣體在線監(jiān)測裝置中的氣體采集器通過不銹鋼管路與變壓器油箱形成一個密閉循環(huán)系統(tǒng)，溶解有故障特征氣體的油循環(huán)進(jìn)入采集器后將會被分離出，在高純合成空氣載氣作用下流過色譜柱，依循各氣體波長即可分別 各氣體性質(zhì)。同時又將各特征氣體信號轉(zhuǎn)為電壓信號，氣體在線監(jiān)測分析通過數(shù)據(jù)采集器將電壓信號上傳到控制中心里的數(shù)據(jù)處理器進(jìn)行定量分析，顯示及發(fā)出信息。 變壓器生產(chǎn)廠家需在變壓器安裝2個閥門（規(guī)格大于25mm直通閥），一般在變壓器油箱

18、中部，回油閥一般在下部，兩閥之間距離大于300，最好上下布置，需要將閥門法蘭尺寸及布置圖提供給賣方。 色譜數(shù)據(jù)采集器（含高純合成空氣載氣瓶）安放在靠近閥門的地上，所以要求賣方提供基礎(chǔ)圖，由變壓器生產(chǎn)廠家提交給設(shè)計院。 數(shù)據(jù)處理服務(wù)器安裝在控制中心，尺寸和方式要詢問設(shè)計院確定，上傳的信號要求及傳輸介質(zhì)由設(shè)計院確定。氣體在線監(jiān)測分析五. 高壓套管小電流監(jiān)測 套管是電力設(shè)備（如變壓器、電抗器等）內(nèi)部的高、低壓引線引到油箱外部的出線裝置。它不但作為引線對地的絕緣，而且擔(dān)負(fù)著固定引線的作用。因此必須具有規(guī)定的電氣強(qiáng)度盒足夠的機(jī)械強(qiáng)度。 套管又是載流組件之一，在設(shè)備投入運行后長期通過負(fù)載電流，同時應(yīng)能承受

19、短路時的瞬間過熱，因此又必須具有良好的熱穩(wěn)定性。 套管因主絕緣機(jī)構(gòu)不同可分為：膠粘紙、膠浸紙、油浸紙、澆鑄樹脂、其他絕緣氣體或液體。1、套管 因用途不同又分為：油空氣套管、油油套管、油SF6套管、大電流套管。 按載流方式有：穿纜式、直接載流式。 電容式套管的主要組成（40.5kV電壓以上）： 主要由上、下瓷件、電容芯、試驗抽頭、套管儲油柜（僅限油浸紙類套管）、安裝法蘭、取油塞（僅限油浸紙類套管）、導(dǎo)電桿、油位表（僅限油浸紙類套管）、均壓球（環(huán)）等組成。高壓套管小電流監(jiān)測大電流套管油-油套管油-SF6套管油-空氣套管高壓套管小電流監(jiān)測2、技術(shù)方案 高壓套管絕緣性能的好壞可以由套管內(nèi)部絕緣體的介質(zhì)損耗，末屏等效電容和末屏泄漏電流來判定，因此可以設(shè)計一種在線監(jiān)測電容套管絕緣的末屏結(jié)構(gòu)，其特征是：將電流傳感器固定在電容套管上，采用高性能單匝穿心式微小電流傳感器技術(shù)，測量高壓套管的介質(zhì)損耗、等效電容、泄漏電流等參數(shù)。利用高靈敏度電流傳感器，不失真的采集套管末屏對地電流信號，同時從相應(yīng)的PT取得電壓信號，通過對數(shù)字信號的運算和處理，得出介質(zhì)損耗和等效電容量等信息，可以實時反映套管的絕緣狀況變化和發(fā)展趨勢，最終利用專家系統(tǒng)分析、判斷、預(yù)測套管絕緣的健康狀況。高壓套管